МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Уральский государственный экономический университет
Материаловедение
Часть II
Методические указания для выполнения лабораторно-практических работ по материаловедению конструкционных материалов
работ для студентов специальности 340100 “Управление качеством в сфере быта и услуг” специализации
УТВЕРЖДАЮ
Первый проректор университета
__________________
А.Т. Тертышный
Екатеринбург 2004
Рекомендовано к изданию научно-методическим советом
Уральского государственного экономического университета
Составитель: доц. Р.А. Бояркина
Рецензент: доц. Н.Ю. Меркулова
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ
Методические указания разработаны в соответствии с программой курса “Управление качеством товаров и услуг” для студентов специальности 340100 “Управление качеством”.
Тематика лабораторно-практических работ охватывает вопросы, связанные с практической деятельностью будущего специалиста, и направлена на приобретение навыков по распознаванию, применению, определению качества основных конструкционных материалов.
По каждой отдельной работе оформляется отчет, который затем предъявляется на проверку ведущему преподавателю.
Отчет должен содержать название темы, цель работы, задания, краткое изложение методики проведения работы, полученные результаты и основные выводы о проделанной работе.
Успешное выполнение лабораторно-практических работ требует от студентов предварительной теоретической подготовки по материалам лекций и рекомендуемой литературе.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
1. Цель и задачи дисциплины
Цель дисциплины “Материаловедение конструкционных материалов” - научить будущих специалистов применять основные методы управления конструкционной прочностью материалов и проводить обоснованный выбор материала для изделий с учетом условий их эксплуатации.
В задачи дисциплины входит формирование у студента представления о конструкционных материалах, а именно:
общая классификация материалов (металлических и неметаллических) и области их применения;
строение металлов и сплавов, их структурообразование в процессе первичной и вторичной кристаллизации;
основные свойства металлов и сплавов;
характеристика полимеров, пластмасс; компоненты пластмасс; способы переработки, области применения полимеров и пластмасс на их основе;
древесные конструкционные материалы;
неорганические конструкционные материалы (стекло, керамика).
2. Содержание дисциплины
Введение
Качество материалов и его оценка. Механические свойства материалов, характеризующие способность материалов сопротивляться действию внешних сил. Прочность, твердость, вязкость, упругость, пластичность, хрупкость, деформация, предел упругости, предел текучести, предел прочности, относительное сужение и удлинение.
Технология материалов и технологические свойства: обработка материалов давлением, прокатка, штамповка, сварка. Технологические свойства.
Физические, химические и эксплуатационные свойства материалов. Физические свойства – плотность, электропроводность, теплопроводность, коэффициенты линейного и объемного расширения. Химические свойства: коррозия и химическая стойкость. Эксплуатационные свойства – жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость.
2.1. Металлы и сплавы
Строение металлов. Кристаллические решетки: кубическая объемноцентрированная, гранецентрированная и гексагональная плотноупакованная. Полиморфизм. Дефекты кристаллического строения. Точечные дефекты, линейные и поверхностные.
Металлические сплавы. Виды сплавов по структуре. Механические смеси. Химические соединения и твердые растворы. Диаграммы состояния. Виды диаграмм состояния.
Сплавы железа с углеродом
Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов. Компонента, фазы и структурные составляющие сплавов железа с углеродом. Железо, цементит, феррит, аустенит, перлит, эвтектоид, ледебурит.
Чугуны. Классификация чугунов. Серый, высокопрочный и ковкий чугун.
Стали. Влияние углерода и примесей на свойства стали. Классификация сталей: по химическому составу (углеродистые, легированные), назначению (конструкционные, инструментальные и стали специального назначения с особыми свойствами – нержавеющие, жаростойкие, жаропрочные, износостойкие).
По качеству их классифицируют на обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.
Углеродистые стали обыкновенного качества: стали группы А, Б и В; качественные конструкционные углеродистые стали.
Легированные стали
Конструкционные стали: строительные стали, цементуемые стали, улучшаемые, высокопрочные, пружинные, износостойкие.
Стали со специальными свойствами. Коррозионностойкие (нержавеющие) стали. Хромистые, хромоникелевые.
Инструментальные стали и сплавы. Углеродистые инструментальные стали. Быстрорежущие стали.
Металлокерамические твердые сплавы: вольфрамовые, титановольфрамовые, титанотанталовольфрамовые.
Цветные металлы и сплавы
Алюминий и его сплавы: литейные сплавы алюминия, деформируемые сплавы алюминия. Упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Дюралюминий (дюралюмин), высокопрочные сплавы алюминия, ковочные сплавы.
Медь и ее сплавы. Латуни, бронзы. Сплавы других цветных металлов. Магний и его сплавы. Титан и его сплавы. Другие цветные металлы.
2.2. Неметаллические материалы
Понятие о пластмассах. Характеристика важнейших свойств пластмасс. Мировое производство пластмасс. Производство пластмасс в РФ. Характеристика компонентов пластмасс.
Полимерные компоненты композиции пластмасс. Понятие о полимерах. Классификация полимеров: по химическому составу, по происхождению, по механическим свойствам, по строению макромолекул, по физико-химическим свойствам, по отношению к нагреванию, по способу получения.
Неполимерные компоненты композиции пластмасс. Пластификаторы. Характеристика основные типов промышленных пластификаторов и пластических масс.
Наполнители. Требования, предъявляемые к наполнителям. Классификация наполнителей.
Стабилизаторы. Классификация стабилизаторов.
Основные методы переработки пластмасс в изделия. Экструзия: общие принципы, область применения, оборудование для переработки пластмасс методом экструзии. Производство пленок, листов, труб, профилей, гранул.
Литье под давлением. Литьевые машины.
Прессование: общие принципы, стадии, оборудование для прессования. Литьевое прессование. Штанг-прессование.
Вальцевание и каландрование: общие принципы и оборудование.
Вакуум и пневмоформование. Сущность методов и оборудования.
Полимеризационные полимеры и пластмассы на их основе.
Полиолефины: полиэтилен, полипропилен, полиизобутен, их сополимеры. Способы получения, свойства и области применения пластмасс.
Полимеры и сополимеры стирола: свойства и применение в производстве пластмасс. АВС-сополимеры. Пенополистирол.
Полигалогенопроизводные: поливинилхлорид и сополимеры винилхлорида, поливинилиденхлорид, перхлорвинил, политетрафторэтилен, политрифторхлор-
этилен. Характеристика и области применения пластмасс.
Поливиниловый спирт и поливиниловые эфиры: поливинилацетат, поливинилацетали, простые эфиры поливинилового спирта.
Полимеры акриловый, метакриловой кислоты и их производных: способы получения, свойства и области применения.
Простые полиэфиры: полиметилетиленоксид, полиэтиленоксид, полипропиленоксид, пентапласт, полифениленооксид.
Поликонденсационные полимеры и пластмассы на их основе.
Фенолформальдегидные смолы (ФА). Свойства и области применения ФА смол: пресс-порошки, волокнистые пресс-материалы, слоистые пластины, пено-исотофенопласты.
Анимоформальдегидные смолы. Свойства переработки и применения.
Полиамиды. Свойства и применение.
Полиамиды, полиамидоимиды, полиамидоэфиры. Свойства и применение.
Полиуретаны и полимочевины. Свойства, переработка и применение, пенополиуретаны.
Сложные полиэфиры. Полиэтилентерефталат. Поликарбонаты. Полиакрилаты. Ненасыщенные полиэфиры: полиэфирмалеинаты и полиэфиракрилаты, способы получения, отверждение, переработка и области применения.
Алкидные смолы. Эпоксидные смолы. Способы получения и области применения.
Элементоорганические полимеры. Классификация. Способы получения. Строение, свойства и области применения.
Эфиры целлюлозы и пластмассы на их основе. Характеристика свойств, области применения. Простые эфиры целлюлозы. Стиролы.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
Работа 1. Исследование металлов методами термического анализа
Цель работы: изучить сущность термического анализа, методы контроля температур, градуировки термопар.
Задание: построить градуировочную кривую для хромо-алюмелевой термопары методом сравнения; научиться измерять температуру с помощью термопары.
Термический анализ дает возможность определить температуры, при которых происходят плавление и кристаллизация металлов и сплавов, аллотропические и фазовые превращения в металлах, а также физико-химические изменения в металлах в зависимости от температуры. Температуры, при которых происходят указанные превращения, называются критическими, или критическими точками. Определение критических температур производится построением и исследованием кривых нагрева и охлаждения металлов и сплавов в координатах “температура – время”. По критическим точкам строят диаграммы состояния сплавов.